Головні складові атмосфери (нітроґен і оксиґен) були визначені ще у 80-ті роки XVIII ст. Г. Кавендишем, а решта газів детально вивчалась ученими в кінці XIX ст. З того часу за хімічним складом атмосфери ведуться систематичні спостереження. Особливо актив но досліджувались інертні гази атмосфери на початку 50-х років XX ст. Концентрацію окремо взятого газу в повітрі зручно подавати (крім %-ного вмісту) в частках на мільйон (позначаються як 1 млн *). Кон центрація однієї мільйонної частки відповідає одній частині (за об’ємом) певного газу на мільйон частин суміші газів атмосфери. Частка на мільйон - досить зручна одиниця вимірювання концент рації компонентів суміші, які знаходяться в дуже малій кількості (“сліди”). Хімічний склад сухого атмосферного повітря на рівні зем ної поверхні подано у таблиці 9,1. Таблиця 9.1 . Склад незабрудненого повітря Газ % нітроґен (N 2) оксиген (О 2) аргон (Аг) карбон диоксид (С02) неон (№) гелій (Не) метан (СН4) криптон (Кг) гідроген (Н2) Інші гази (N0, Хе, 802, N02, 0 3, ЇЧГНз) 78.08 20,95 0,93 0,03 Об'ємна концентрація МЛР 780840 209500 9340 350 18 5 >1 1 <1 ВІДСЛІДІВ до 10/МЛГ ■ '
Вміст окремих компонентів земної атмосфери досить нерівно мірний. Найбільше в ній нітрогену (78,08 %), що майже у чотири рази переважає вміст оксиґену, який посідає друге за об’ємом місце у складі повітря. Відносно велика концентрація аргону (0,93 по яснюється постійним поповненням його запасів унаслідок радіо активного розпаду в земній корі 40К. Загалом на долю цих трьох найпоширеніших складових атмосфери припадає 99,96 % її об’єму, а разом з С02- 99,99 %. Вміст С02 в середньому складає 0,03 %, хоча за даними цілого ряду авторів нових публікацій (Степановских, 2001; Злобін, 2003) кількість С02 в нинішній атмосфері сягає 0,035 %, що є наслідком потужного антропогенного впливу на повітряне середовище. Слід зауважити, що наведене у таблиці 9.1 співвідношення газів у атмосфері залишається незмінним на десятки кілометрів у висоту. Важливою складовою атмосфери є водяна пара, концентрація якої коливається від 0У...0,2 % за об’ємом над льодами Антаркти 1 ди до 3...4 % у районі екватора. Основна маса атмосферної вологи зосереджена в найнижчому шарі атмосфери і, особливо, у 1000-метровому шарі від поверхні Землі. Зі збільшенням висоти її вміст до сить швидко зменшується. Вже на висоті 2 км вміст вологи у 2 рази, а на висоті 8 км - у 100 разів менший, ніж над поверхнею моря. Вище 30 км молекул води в атмосфері практично немає, тому що на більших висотах вони внаслідок фотолізу розпадаються на ок сиґен і гідроґен. Так як атмосфера обертається разом із Землею, то вона, подібно до нашої планети, зазнає відцентрової сили, в результаті чого ек ваторіальний радіус її більший за полярний. Таким чином, форма атмосфери Землі близька до еліпсоїда обертання, більша піввісь яко го у 1,2 рази перевищує меншу. Форма атмосфери несиметрична відносно центра ваги Землі. У центрі екліптики атмосфера має ви ступ в напрямку, протилежному Сонцю. На думку акад. Фесенкова В. Г., цей виступ являє собою світне накопичення нітрогену і оксиґену, спрямоване в сторону, протилежну від Сонця. Довжина виступу, або т. зв. газового хвоста Землі, біля 120Т06 м. Важливими характеристиками фізичного стану атмосфери є гу стина, атмосферний тиск, температура, вологість, вміст рідких і твердих домішок. Всі ці характеристики змінюються як по гори зонталі (при русі по широті чи довготі), так і по вертикалі. За зміною фізичних та деяких інших властивостей (температурний режим, склад атмосферного повітря, взаємодія атмосфери з земною поверх нею, вплив атмосфери на літальні апарати) атмосферу поділяють на ряд сфер. За рішенням Всесвітньої метеорологічної організації
(1962 р.) у сучасній метеорології прийнятий вертикальний поділ ат мосфери на частини за характером зміни температури повітря з висотою. Виділяють такі атмосферні горизонти: тропосферу, стра тосферу, мезосферу, термосферу, екзосферу. Між цими шарами розрізняють перехідні зони, т. зв. паузи: тропопаузу, стратопаузу, мезопаузу, термопаузу потужністю 5 км кожна. Температура по вітря в цих перехідних зонах змінюється мало. Межі основних шарів атмосфери не залишаються постійними. Вони змінюються, головним чином, від широти місця і пори року, а також від сонячної активності, фаз Місяця і навіть техногенних причин (наприклад, ядерних вибухів у атмосфері). Особливо ці ре акції стосуються приземних шарів атмосфери. Найнижчу частину атмосфери, яка безпосередньо прилягає до земної поверхні, називають тропосферою. Це найбільш щільний і неоднорідний по вертикалі та горизонталі шар повітряної оболон ки Землі. Тут зосереджено до 79 % всієї маси атмосфери в помірних та 90 % - в низьких широтах. Потужність тропосфери становить 16... 18 км над екватором, 11... 13 км - у помірних широтах, 7...8, а іноді і до 6 км - у полярних широтах. Прийнято вважати, що серед ня потужність тропосфери становить 11 км. Неоднаковий розподіл потужності тропосфери на земній кулі зумовлений термічними особ ливостями різних широт та обертанням Землі навколо осі. У залежності від змін основних характеристик фізичного стану атмосферного повітря по вертикалі тропосферу в свою чергу прий нято ділити на три шари: нижню тропосферу висотою до 1,0... 1,5 км, середню тропосферу з межами в середньому від 1,0... 1,5 км до 6.0...8.0 км і верхню тропосферу - від 6,0...8,0 км до 11 км. По тужність і межі цих шарів можуть періодично змінюватись. Характерною особливістю тропосфери є те, що від земної по верхні до її верхньої межі (тропопаузи) температура повітря зако номірно знижується. Загалом для характеристики змін температури в окремих ша рах атмосфери застосовують т. зв. вертикальний градієнт темпера туриу - відношення зміни температури з висотою ье на одиницю відстані по вертикалі т Отже, У- - — .У тропосфері помірних ши . рот над водною поверхнею температура повітря знижується від -0,6 до -0,65 °С на 100 м та 1,0 °С на кожні 100 м висоти в аридних умовах, а у>0. Над екватором мінімальна температура у тропопа узі сягає від -66... -70 °С, а над полюсами -45 °С. У тропосфері існує складне переміщення повітряних мас як у вер тикальному, так і в горизонтальному напрямках. Приземні шари
тропосфери загалом рухаються від тропіків у напрямку екватора, а у помірних широтах - із заходу на схід. Поблизу полюсів, у тро піках і на екваторі вітри слабо виражені. З висотою швидкість вітру в тропосфері зростає, досягаючи на межі з тропопаузою 200 км/год. Тут вони рухаються із заходу на схід. Стратосфера знаходиться безпосередньо над тропосферою і ся гає висоти 50 км. За температурним режимом стратосфера суттєво відрізняється від тропосфери. Нижня область стратосфери ізотер мічна: її температура стала, тут лютують морози (до мінус 60... -70 °С), а до висоти приблизно 25 км у=0. Проте, починаючи з ви соти 25 км, температура в стратосфері швидко зростає (у<0), дося гаючи у верхніх шарах її (біля 50 км) позитивних значень від 0 °С до 2 °С, іноді до 10 °С. Зростання температури повітря у стратосфері до плюсової по яснюється наявністю озону. Найбільша концентрація цього газу ви явлена на висоті 23...25 км, де він утворює т. зв. озоновий шар, здатний поглинати небезпечне для біоти жорстке ультрафіолетове випромінювання. Утворюється 0 3у стратосфері, де під дією соняч ної радіації відбувається дисоціація деякого числа молекул 0 2 на атоми з подальшою комбінацією їх у молекули озону. В стратосфері мають місце сильні горизонтальні рухи струмин них течій, здатних переносити на значні відстані дрібні частинки вулканічного попелу, метеоритного пилу, продукти ядерних ви бухів, які сюди можуть потрапляти, хоча в цілому повітря у стра тосфері досить чисте. Загалом швидкість вітру в стратосфері зрос тає з підняттям вгору: якщо у нижній стратосфері повітряні потоки рухаються зі швидкістю 25...30 км/год, то вже на висоті 40 км їх швидкість сягає 250, а на верхній межі - до 700 км/год. У нижній частині стратосфери вітри ще мають західний напрямок, тоді як у середній і верхній - східний. Вертикальні переміщення повітря в стратосфері менш виражені. На початку вивчення стратосфери вза галі вважалось, що вертикальне переміщення повітря тут немож ливе і що воно залягає шарами, лише повільно переміщуючись у горизонтальному напрямку, звідки і походить її назва (від лат. stratum - шар і сфера). Горизонтальні і, особливо, вертикальні рухи повітря сприяють перемішуванню повітря. У стратосфері, як і в тро посфері, густина і тиск повітря з висотою зменшуються. Тут майже немає водяної пари (3 млн1 На висоті 20...30 км іноді, переважно ). взимку, з’являються т. зв. перламутрові хмари. Над стратосферою до висоти близько 80 км розташована мезосфера (від грец. mesos - середній і сфера), для якої характерне дуже швидке зниження температури з висотою. Поблизу верхньої
межі температура знижується до -100 °С; за допомогою супутників і ракет в мезосфері зареєстровано абсолютний мінімум для атмо сфери (-143 °С). Внаслідок швидкого падіння температури з висотою (у>0) тут дуже розвинена турбулентність. Вітер у мезосфері відзначається ве ликою змінністю. Взимку переважають західні вітри з максималь ною швидкістю біля 100 м/с, влітку - східні. На межі мезосфери - мезопаузи (82...85 км) влітку іноді з’явля ються видимі в присмерки з Землі сріблясті хмари, природа яких ще не вивчена. Можливо, це відсвічують у сонячних променях кри сталики льоду, що налипли на космічний пил. Над відносно малопотужною мезосферою до висоти 800... 1000 км розміщений шар термосфсри- величезної за об’ємом, хоч і мізерної за масою (0,5 та складної за будовою частини атмо сфери. Характерним для термосфери є наявність на висоті 85... 90 км холодного ізотермічного шару (до -107 °С), вище якого тем пература з висотою швидко зростає (на 2...З °С на кожний кіло метр). На висоті 200 км від поверхні Землі температура досягає 2000 °С, а на висоті 300 км - приблизно 3000 °С й далі з висотою змінюється мало. Звідси походить назва цього шару атмосфери. Складається термосфера переважно з нітрогену і оксиґену, з ви сотою співвідношення цих газів змінюється. Так, на висоті 200 км вміст становить 45 %, а 02- 55 %. Вище за 600 км термосфера складається переважно з атомарного Оксигену. Густина атмосфер ного повітря у тропосфері мізерна, на висоті 100 км вона вже у мільйон, а в термопаузі - в десять мільярдів разів менша призем ної. Важливою для всіх живих організмів на Землі особливістю ниж нього шару термосфери (85...200 км н. р. м.) є її значна іонізація, через що цей шар ще називають іоносферою. Іонізація молекул і атомів газів відбувається тут під дією рентгенівських, ультрафіоле тових та частково космічних променів. Іонізоване повітря термосфери відіграє значну роль у природі та має велике практичне значення. Іоносфера поглинає рентгенів ське проміння Сонця, що згубно впливає на все живе на Землі. Іоні зовані шари термосфери, ніби дзеркало, відбивають надіслані від Землі радіохвилі, останні змінюють свій напрямок і зиґзаґоподібно оббігають земну кулю, забезпечуючи навколоземний зв’язок у будьякій точці планети. У тропосфері (на різних висотах, але найчастіше в іоносфері) відбуваються дивовижні явища природи - полярні сяйва і близькі до них за природою світіння нічного неба - постійна люмінесцен
ція атмосферного повітря. В основі цих явищ лежить земний маг нетизм, сонячний вітер та іонізація термосферних газів. На гермосферою, до висоти приблизно 2000 км, простягається остання з поки що досліджених газових оболонок Землі - екзосфе ра. Цю оболонку ще називають зоною розсіювання, оскільки леткі елементи, що її складають - Гідроген і Гелій, досягаючи, в силу над звичайно високого розрідження повітря, швидкості 11,2 км/с (дру гої космічної швидкості) здатні долати силу земного тяжіння та маг нітного поля і вилітають у Космос. Наслідком цього є утворення атомами найлегшого з елементів - Гідрогену - газової “корони” навколо земної атмосфери, що сягає висоти 2...З тис км. Поступо во екзосфера переходить у міжпланетний вакуум.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Склад, форма і будова атмосфери» з дисципліни «Геофізична екологія»
по яснюється постійним поповненням його запасів унаслідок радіо активного розпаду в земній корі 40К. Загалом на долю цих трьох найпоширеніших складових атмосфери припадає 99,96 % її об’єму, а разом з С02- 99,99 %. Вміст С02 в середньому складає 0,03 %, хоча за даними цілого ряду авторів нових публікацій (Степановских, 2001; Злобін, 2003) кількість С02 в нинішній атмосфері сягає 0,035 %, що є наслідком потужного антропогенного впливу на повітряне середовище. Слід зауважити, що наведене у таблиці 9.1 співвідношення газів у атмосфері залишається незмінним на десятки кілометрів у висоту. Важливою складовою атмосфери є водяна пара, концентрація якої коливається від 0У...0,2 % за об’ємом над льодами Антаркти 1 ди до 3...4 % у районі екватора. Основна маса атмосферної вологи зосереджена в найнижчому шарі атмосфери і, особливо, у 1000-метровому шарі від поверхні Землі. Зі збільшенням висоти її вміст до сить швидко зменшується. Вже на висоті 2 км вміст вологи у 2 рази, а на висоті 8 км - у 100 разів менший, ніж над поверхнею моря. Вище 30 км молекул води в атмосфері практично немає, тому що на більших висотах вони внаслідок фотолізу розпадаються на ок сиґен і гідроґен. Так як атмосфера обертається разом із Землею, то вона, подібно до нашої планети, зазнає відцентрової сили, в результаті чого ек ваторіальний радіус її більший за полярний. Таким чином, форма атмосфери Землі близька до еліпсоїда обертання, більша піввісь яко го у 1,2 рази перевищує меншу. Форма атмосфери несиметрична відносно центра ваги Землі. У центрі екліптики атмосфера має ви ступ в напрямку, протилежному Сонцю. На думку акад. Фесенкова В. Г., цей виступ являє собою світне накопичення нітрогену і оксиґену, спрямоване в сторону, протилежну від Сонця. Довжина виступу, або т. зв. газового хвоста Землі, біля 120Т06 м. Важливими характеристиками фізичного стану атмосфери є гу стина, атмосферний тиск, температура, вологість, вміст рідких і твердих домішок. Всі ці характеристики змінюються як по гори зонталі (при русі по широті чи довготі), так і по вертикалі. За зміною фізичних та деяких інших властивостей (температурний режим, склад атмосферного повітря, взаємодія атмосфери з земною поверх нею, вплив атмосфери на літальні апарати) атмосферу поділяють на ряд сфер. За рішенням Всесвітньої метеорологічної організації 